JP2017102249A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー濃度センサの誤検知による過剰なトナー補給を防ぐことができるので、過剰なトナー補給による異常画像やトナー飛散を抑制することができる現像装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像剤担持体と、現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、現像剤にトナーを補給するトナー補給手段と、トナー濃度センサの出力値に基づいてトナー補給手段によるトナー補給動作を制御する補給動作制御手段とを備えた現像装置において、現像装置の駆動開始時にトナー濃度センサによって所定の間隔でトナー濃度値を検出し、該検出値と、所定の間隔で検出した前回の検出値との増減分を求め、該増減分が所定の閾値以下となった場合にトナー補給手段によるトナー補給動作を開始する。
【選択図】図５

Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、現像剤を現像担持体上に担持させて潜像担持体と対向する現像領域に搬送し、潜像担持体の表面の潜像に現像剤中のトナーを供給して現像する現像装置が知られている。この種の現像装置では、現像により消費された分のトナーを現像装置内の現像剤へ補給するトナー補給手段と、現像装置内に収容されている現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサとを備えたものがある。

この種の現像装置を備えた画像形成装置として、特許文献１には次のような画像形成装置が記載されている。この画像形成装置は、トナー濃度センサ（以下、Ｔセンサという）の検出結果に基づいて、その検出値が目標値に一致するようにトナー補給動作を制御する補給動作制御手段を備えている。この現像装置は、画像形成動作を行うたびにＴセンサによってトナー濃度を検出し、この検出値と目標値との比較をして、例えば、検出値が目標値を上回っている場合にトナー補給手段によってトナー補給動作を実行している。
さらに、この現像装置は、潜像担持体上に作像された画像濃度検出用のトナーパターンの濃度を検出するパターン濃度センサ（以下、Ｐセンサという）と、Ｔセンサの目標値を補正する目標値補正手段とを備えている。この目標値補正手段は、Ｐセンサで検出したトナーパターンの濃度が目標とする濃度となるようなトナー補給動作を実行するように、Ｔセンサの目標値の補正処理を所定のタイミングで実行するものである。

現像装置の長期間の放置などによって現像剤嵩が変動した場合、トナー濃度センサの誤検知が生じ、過剰にトナー補給が行われることで地汚れやトナー飛散が発生する不具合が生じることがある。この不具合を抑制するため、特許文献１の画像形成装置では、次のような制御を行っている。
上記目標値補正手段によるＴセンサの目標値の補正処理は、通常は画像を３０枚出力するたびに実行している。そして、このトナーの補給動作中、トナーを補給したにもかかわずＴセンサの検出値が目標値に対応するトナー濃度よりも低い値を示した場合は、目標値補正手段によるＴセンサの目標値の補正処理の実行間隔を、所定期間、画像を１０枚出力するたびに実行するように切り替えている。

このように制御することで、トナー濃度センサの目標値を適切な値へ速やかに修正し、不適切な目標値を用いたトナー補給動作の継続時間を従来よりも短くでき、異常なトナー補給動作が実行された場合の過剰なトナー補給を速やかに停止させることができる。したがって、過剰なトナー補給による地汚れやトナー飛散の発生を抑制することができるとしている。

しかしながら、特許文献１の画像形成装置では、目標値補正手段によるＴセンサの補正処理の実行間隔を狭めてトナー濃度センサの目標値を適切な値へ修正するまでの間にも、Ｔセンサの検出値に基づいたトナー補給装置によるトナー補給動作が実行されている。このため、トナー濃度センサの目標値を適切な値へ修正するまでの間は、トナー濃度センサの誤検知に基づく不適切な目標値を用いたトナー補給動作が行われてしまう。したがって、トナー濃度センサの目標値を適切な値へ修正する間においては、過剰なトナー補給による異常画像やトナー飛散などの問題が発生するおそれがある。

上述した課題を達成するために、本発明は、現像剤を表面上に担持して表面移動し、潜像担持体と対向する現像領域で該潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像剤担持体と、前記現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、前記現像剤にトナーを補給するトナー補給手段と、前記トナー濃度センサの出力値に基づいて前記トナー補給手段による補給動作を制御する補給動作制御手段とを備えた現像装置において、前記現像装置の駆動開始中に前記トナー濃度センサによって所定の間隔でトナー濃度値を検出し、該検出値と、前記所定の間隔で検出した前回の検出値との増減分を求め、該増減分が所定の閾値以下となった場合に前記トナー補給手段によるトナーの補給動作を開始するよう制御することを特徴とするものである。

本発明によれば、トナー濃度センサの誤検知による過剰なトナー補給を防ぐことができるので、過剰なトナー補給による異常画像やトナー飛散を抑制することができるという優れた効果が得られる。

実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図。 同画像形成装置の備える現像装置の一例を示す概略構成図。 一定時間放置後の現像装置の駆動時間とトナー濃度との関係を示すグラフ。 同現像装置に係る制御例１におけるトナー濃度制御装置の一例を示すブロック図。 同制御例における過剰なトナー補給を抑制する制御の流れの一例を示すフローチャート。 同現像装置に係る制御例２におけるにトナー濃度制御装置の一例を示すブロック図。 同制御例２における過剰なトナー補給を抑制する制御の流れの一例を示すフローチャート。

以下、本発明を画像形成装置としてのプリンタ（以下、プリンタ１００という）に適用した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置であるプリンタ１００の一例を示す概略構成図である。
プリンタ１００は、タンデム方式を採用してフルカラー画像を形成可能なカラー画像形成装置であり、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫと記す）の各色トナー像を形成する４つの作像部１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫを備えている。各作像部１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫは潜像担持体としてのドラム状の感光体１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫを有し、この感光体１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫの回転方向に関して順に、それぞれ帯電装置、現像手段である現像装置、クリーニング装置等を有している。

これらの作像部１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫの上方には、各作像部１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫに対向しながら表面移動する中間転写ベルト１２が配設されている。また、この中間転写ベルト１２を挟んで各感光体１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫと対向する位置には、転写バイアス手段である１次転写ローラ１４Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫを備えている。
また、各作像部１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫの下方には、記録紙Ｐを収容する給紙カセット１５と、この給紙カセット１５から後述するレジストローラ１６に向かって記録紙Ｐを搬送する紙搬送手段とを備えている。

図中一点鎖線の矢印で示す記録紙搬送方向において、給紙カセット１５から下流には、作像部１１ＢＫ，Ｍ，Ｙ，Ｃによる作像タイミングに合わせて給紙カセット１５から搬送されてきた記録紙Ｐを後述の二次転写ニップに供給するレジストローラ１６が設けられている。さらに記録紙搬送方向の下流には、中間転写ベルト１２の一部と対向配置され、中間転写ベルト１２との間に二次転写ニップを形成する二次転写ローラ１７と、中間転写ベルト１２から分離した記録紙Ｐ上の未定着トナーを定着する定着装置１８とが設けられている。
また、プリンタ１００の本体上部には、定着装置１８を通過しトナー像が定着した記録紙Ｐを積載するための排紙トレイ１９を備えている。

次に、プリンタ１００の基本的な動作について説明する。
各作像部１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫでは、画像形成スタートとともに、各色トナー像が形成される。詳しくは、感光体１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫが、メインモータにより回転駆動され、帯電装置によって一様帯電される。その後、露光装置によって、画像を色分解した色毎の画像情報に応じた書込み光が感光体１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫの表面に照射され、感光体１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫの表面上に静電潜像が形成される。感光体１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫの表面上に形成された静電潜像は、現像装置２０Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫにより各々現像され、各色トナー像となる。
この感光体１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫの表面上に形成された各色トナー像は、中間転写ベルト１２が図中の矢印ａ方向への表面移動することで、感光体１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫと中間転写ベルト１２との対向部で１次転写ローラ１４Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫによって中間転写ベルト１２上に順次転写され、カラートナー像として中間転写ベルト１２上に形成される。

一方、給紙カセット１５から給紙搬送された記録紙Ｐは、作像部１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫによる作像タイミングに合わせてレジストローラ１６によって二次転写ニップに搬送される。そして、二次転写ニップで中間転写ベルト１２上のトナー像が転写された後に定着装置１８に搬送され、熱と圧力によってトナー像を定着させられて、装置外の排紙トレイ１９に排出される。
記録紙Ｐ上にトナー像を転写した後の感光体１３Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫは、クリーニング装置によって転写残トナーの除去がなされ、必要に応じて除電ランプで除電された後、再度、帯電装置で一様に帯電される動作を繰り返す。
なお、上述した説明では、作像部１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫの上部に中間転写ベルト１２が設置されている構成を説明したが、これに限らず、作像部１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫの下部に中間転写ベルト１２が設置されている構成でもよい。

次に、現像装置２０について詳しく説明する。なお、本実施形態のプリンタ１００の現像装置２０Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫは、画像形成物質として、互いに異なる色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫ）のトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。このため、以下、添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫを省略し、現像装置２０として説明する。
図２は、本実施形態のプリンタ１００に適用可能な現像装置２０周辺の構成の一例を示す概略構成図である。
本実施形態の現像装置２０は、図２中矢印ｂの方向に回転駆動する感光体１３に対向配置され、現像装置２０のケーシングである現像容器２１内に磁性又は非磁性のトナーと磁性キャリアとからなる粉体状の二成分現像剤である現像剤が収容されている。

また、現像装置２０は、マグネットローラを内包して図中矢印ｃに示す向きに回転し、感光体１３と対向配置される現像剤担持体である現像ローラ２２を備えている。この現像ローラ２２は、現像ローラ２２表面に現像容器２１内の現像剤を担持して回転することで、感光体１３との対向領域である現像領域αまで現像剤を搬送し、露光装置２６により感光体１３の表面に形成された静電潜像へトナーを供給して現像を行っている。さらに、現像領域αに対して現像ローラ２２の回転方向上流側であって現像ローラ２２と対向する位置に、現像ローラ２２上に担持された現像剤の層厚を規制する丸棒状の現像剤規制部材２３を備えている。
なお、感光体１３の周囲には、感光体クリーニングブレード２４、帯電ローラ２５、露光装置２６が配置されている。

また、現像装置２０は、現像剤搬送手段である２つの搬送スクリュとして、第１搬送手段である供給搬送スクリュ２７と第２搬送手段である循環搬送スクリュ２８とを、現像ローラ２２の回転軸方向に対して略平行に備えている。各搬送スクリュ２７，２８は、回転軸と回転軸に螺旋状に設けられた羽部とを備え、回転することにより回転軸の軸方向に沿って一方向に現像剤を搬送するものである。現像容器２１の内部は現像容器２１の内壁及び仕切り板２９によって空間が仕切られ、現像剤の搬送路として第１搬送路である供給搬送路３０と第２搬送路である循環搬送路３１とが仕切り板２９を挟んで上下に形成されている。また、仕切り板２９の図２中の手前側及び奥側の両端部にはそれぞれ開口部（落下口３２及び持ち上げ口３３）が設けられており、供給搬送路３０と循環搬送路３１との間が２つの開口部によってそれぞれ連通している。

図２に示す現像装置２０は、供給搬送路３０及び循環搬送路３１にそれぞれ供給搬送スクリュ２７及び循環搬送スクリュ２８が配置された縦二軸循環現像装置である。この現像装置２０において、現像容器２１内の現像剤は、現像ローラ２２との間の空間、供給搬送路３０、及び、循環搬送路３１に収容されている。
循環搬送路３１内の現像剤は循環搬送スクリュ２８によって搬送され、循環搬送路３１内の現像剤搬送方向における下流側端部に設けられた持ち上げ口３３を通じて供給搬送路３０へ持ち上げられる。そして、供給搬送路３０へ持ち上げられた現像剤は、供給搬送路３０内を供給搬送スクリュ２７によって循環搬送スクリュ２８の搬送方向とは逆方向に搬送される。

このとき、供給搬送路３０内を搬送される現像剤は、供給搬送スクリュ２７によって搬送されながら、現像ローラ２２が内包するマグローラと、供給搬送スクリュ２７の回転とによって現像ローラ２２の表面に汲み上げられ、現像ローラ２２上に担持される。そして、現像ローラ２２上に担持された現像剤は、丸棒状の現像剤規制部材２３により現像剤の層厚を規制されることで狙いの現像剤量に規制された後、現像領域αに搬送され、現像領域αにおいて現像剤中のトナーが感光体１３の表面に供給される。
現像領域α通過後に現像ローラ２２上に残った現像剤は、現像ローラ２２の回転に伴って現像ローラ２２上から分離され、供給搬送スクリュ２７上に回収される。そして、この回収された現像剤は、供給搬送スクリュ２７によって供給搬送スクリュ２７上の現像剤と混合・攪拌されながら供給搬送路３０を搬送される。

供給搬送路３０の搬送方向下流端に到達した現像剤と現像領域αを通過して現像ローラ２２の表面から離脱した現像剤とは、供給搬送路３０の搬送方向下流端で落下口３２を通じて循環搬送路３１に受け渡される。そして、再び循環搬送スクリュ２８によって循環搬送路３１の搬送方向上流端に搬送される。このように、現像容器２１内の現像剤は、供給搬送スクリュ２７と循環搬送スクリュ２８との回転による搬送によって供給搬送路３０と循環搬送路３１との間を循環する。

また、本実施形態においては、現像装置２０にトナー濃度センサ４０と、トナー濃度センサ４０の検出値に基づいて現像剤にトナーを補給するトナー補給手段が設けられている。トナー濃度センサ４０は、現像剤の一部における透磁率を検知するものであって、透磁率が高いほど出力電圧（検出値）が高くなる一般的な透磁率センサである。本実施形態におけるトナー濃度センサ４０は、キャリアの量によってトナー濃度を推測しており、検知領域内のキャリアが多いほど検出値が高くなる。つまり、トナー濃度センサの検出値が高いほど、トナー濃度が低いことを示している。また、このトナー濃度センサ４０の出力信号は、後述する補給動作制御手段である制御部１０１へ入力される。トナー補給手段は、循環搬送スクリュ２８の搬送方向上流側に設けられたトナー補給口から現像装置内の現像剤にトナーを補給している。

現像容器２１内における循環搬送スクリュ２８の上流に通じるトナー補給口近傍の現像剤は、補給されたトナーによって局所的にトナー濃度が高い状態になっているので、検知結果にばらつきが生じやすい。このため、図２に示す現像装置２０においては、トナー濃度センサ４０を、循環搬送スクリュ２８によって循環搬送路３１から供給搬送路３０へ現像剤を持ち上げる持ち上げ口３３の直下に設置している。上述したように、持ち上げ口３３は循環搬送路３１内の現像剤搬送方向の下流側端部に設けられている。このため、補給されたトナーが循環搬送路３１内で十分混合攪拌されてトナー濃度センサ検知位置に到達する。したがって、トナー濃度センサの検知領域における現像剤のトナー濃度を均一にすることができ、トナー濃度センサの検知結果にばらつきを生じにくくすることができる。

また、現像容器内の現像剤において、現像剤の剤面の高さが低く、この剤面と搬送経路天井との間の隙間が大きい場合、現像剤が搬送スクリュの羽根によって跳ね上げられる事でトナー濃度センサの出力変動が生じやすいことが知られている。さらにまた、画像形成装置の厚紙対応などによる線速変更時に、現像装置の駆動回転数が変化する。この変化によってスクリュ搬送力が変化し、結果として現像剤の剤面高さが変化することで線速条件に応じてトナー濃度センサの出力変動が生じる事も分かっている。このような線速毎のトナー濃度センサの出力変動や、スクリュ羽根によるトナー濃度センサの出力変動を極力抑える為には、線速によらず常に現像剤が充填されている領域に濃度センサを設置する必要がある。

図２に示す現像装置２０のような縦二軸循環現像装置は、循環搬送スクリュ２８を有する循環搬送路３１側から供給搬送スクリュ２７を有する供給搬送路３０側に現像剤を持ち上げる必要がある。このため、循環搬送路３１と供給搬送路３０との連通口近傍は常に剤が充填されている状態になっている。したがって、図２の現像装置２０においては、トナー濃度センサ４０を循環搬送路３１と供給搬送路３０との連通口近傍に設置している。これにより、線速毎のトナー濃度センサの出力変動や、スクリュ羽根によるトナー濃度センサの出力変動を極力抑え、トナー濃度センサの出力変動を生じにくくすることができる。

しかしながら、縦二軸循環現像装置において、連通口近傍の現像剤の剤面高さは、通常のスクリュ経路における現像剤の剤面高さと比較して高い。このため、連通口下部の現像剤は、現像装置の放置時においては連通口上部の現像剤の圧によって剤がしまりやすく、嵩密度も高くなりやすい。
また、二成分現像装置においては、トナー濃度を検出する為に透磁率センサを使用する事が多い。二成分現像装置に透磁率センサを使用した場合、透磁率センサは検知範囲内のキャリアの量によってトナー濃度を推測するため、検知範囲内の現像剤嵩密度が変化した場合にトナー濃度の検知誤差が生じる。検知部近傍の現像剤嵩密度の変化が起きる例としては、温湿度環境変化時や長期間の放置による現像剤の帯電量低下が起きた場合や、現像剤の流動性悪化による現像ユニット内の剤嵩変化などである。

したがって、図２に示す現像装置２０のように、縦二軸循環現像装置の連通口近傍に透磁率センサであるトナー濃度センサ４０を設置した場合、現像装置の放置時の嵩密度変動によるトナー濃度センサの出力変動も大きくなりやすい。
このように、トナー濃度の検知誤差が生じた結果、画像出力時に過剰なトナー補給が起きる事による、画像の濃度異常や、紙の地肌汚れ、トナー落ち、トナー飛散といった現象が発生する問題があった。

なお、上述した問題は、トナー濃度センサとして透磁性方式のセンサを用いた場合に限らず、例えば、次のようなトナー濃度センサを用いた場合にも同様に生じる問題である。すなわち、現像剤中のトナー量によって現像剤の嵩が変動することに基づいてトナー濃度を検知する、現像剤嵩変化検知方式のトナー濃度センサなどにも同様に生じる。現像剤嵩変化検知方式のトナー濃度センサとしては、例えば、現像剤搬送部材の受けるスラスト負荷や圧力、あるいは現像剤の表面位置が移動する特性変化を検知するトナー濃度センサが挙げられる。

図３は、一定時間放置後の現像装置の駆動時間とトナー濃度センサの出力値との関係を示すグラフである。
図中縦軸は、トナー濃度センサ出力の値を示すものであり、上に向かうほどトナー濃度センサの出力値が高く、トナー濃度が低いことを示している。図中横軸は、現像装置の駆動時間を示し、右に向かうほど駆動開始からの時間が経過していることを示している。また、図中破線βは、現像装置内の現像剤の実際のトナー濃度を示している。

現像装置の放置直後は、上述のようにトナー濃度センサの検知領域近傍における現像剤の嵩密度が高い。このため、図中破線ｄで示す範囲である現像装置駆動初期では、トナー濃度センサは、検知領域内のキャリアが多いことから高い出力値、すなわち、実際の現像剤のトナー濃度よりも低いトナー濃度であると検知している。
一方、現像装置を駆動し続けると、現像装置の駆動時間に伴い現像剤の帯電量が上昇することで、現像ユニット内の現像剤の流動性が通常状態に戻る。このため、図中破線ｅの範囲で示すように、トナー濃度センサの出力値は、現像装置の駆動時間の経過に伴って実際のトナー濃度に該当する出力値に近づいている。

そこで、本実施形態に係る現像装置においては、次のような補給動作制御手段を備えている。すなわち、現像装置の駆動開始中にトナー濃度センサによって所定の間隔でトナー濃度値を検出し、該トナー濃度値と、該トナー濃度値の前回に検出したトナー濃度値との出力増減分が閾値以下となった場合にトナー補給手段によるトナー補給動作を開始するよう制御する補給動作制御手段を備えている。
本実施形態の現像装置２０では、この補給動作制御手段を備えることにより、縦二軸循環現像装置に透磁率変化を利用したトナー濃度センサを用いた場合でも、放置によるトナー濃度センサばらつきを低減し、過剰なトナー補給を抑制することができる。これにより、異常画像やトナー飛散を少なくすることができる。
以下に、本実施形態に係る補給動作制御手段による現像装置放置直後のトナー濃度制御について、各制御例に基づき説明する。

［制御例１］
本実施形態に係る現像装置の補給動作制御手段の第一の制御例（以下、制御例１という）について説明する。
まず、本制御例１におけるトナー濃度制御装置２００の構成について説明する。
図４は、本制御例１におけるトナー濃度制御装置２００の一例を示すブロック図である。
本制御例１におけるトナー濃度制御装置２００は、補給動作制御手段である制御部１０１にトナー濃度センサ４０とトナー補給手段１０２とが接続されている。
このトナー濃度制御装置２００において、トナー濃度センサ４０による検知タイミングは、現像剤が撹拌されているときが望ましいので、画像形成動作中又は連続画像形成中の画像間において行っている。また、トナー濃度センサ４０による検知間隔は、なるべく短い間隔で行うのが望ましいので、本実施形態では画像形成動作ごとに行っている。

画像形成装置の通常の作像動作におけるトナー補給動作の制御として、制御部１０１は次のような制御をしている。
すなわち、制御部１０１は、画像形成動作を行うたびに、トナー濃度センサ４０からの検出値を受け、この検出値と目標値とを比較する。そして、検出値が目標値に対応するトナー濃度よりも低い値であると判断したら、トナー補給動作を実行させる制御信号をトナー補給手段１０２に発信し、現像装置２０内の現像剤にトナーが補給させる。一方、検出値が目標値を下回っていると判断したら、トナー補給手段１０２によるトナー補給動作を停止させる制御信号を出力する。これにより、トナー補給手段によるトナー補給動作が停止する。

次に、本制御例１における過剰なトナー補給を抑制する制御の流れについて説明する。
図５は、本制御例１における過剰なトナー補給を抑制する制御の流れの一例を示すフローチャートである。
本制御例１においては、放置直後における現像装置を駆動開始すると、まず、前回印刷終了時からの経過時間が経過時間閾値Ａ以下であるかチェックし（Ｓ１）、経過時間が経過時間閾値Ａよりも小さかった場合（Ｓ１のＮｏ）は、上述した通常の作像動作を行う。一方、経過時間が経過時間閾値Ａよりも大きかった場合（Ｓ１のＹｅｓ）は、一定時間毎にトナー濃度センサの出力値Ｘを取得する（Ｓ２）。

次に、上記一定時間毎に取得するとしたトナー濃度の出力値のうち、ｎ回目に取得した出力値をＸ_ｎとすると、この出力値Ｘ_ｎと、出力値Ｘ_ｎの前回の出力値Ｘ_ｎ−１との増減分である出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１が、所定の値である出力値変動量閾値Ｂ以下であるかチェックする（Ｓ３）。出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１が出力値変動量閾値Ｂ以上である場合（Ｓ３のＮｏ）は、長時間の放置によって濃度検出領域内の現像剤が詰まり、透磁率が低く検出されている可能性がある。このため、一定時間毎の出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１が出力値変動量閾値Ｂ以下となるまで、トナー濃度センサの出力値Ｘ_ｎの取得を一定時間毎に繰り返す。
一方、出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１が、出力値変動量閾値Ｂ以下である場合（Ｓ３のＹｅｓ）は、画像形成装置における通常の作像動作、すなわち、画像出力動作及びトナー補給動作を行う。

このように、本制御例１においては、現像装置２０の駆動開始と共にトナー濃度センサ４０の出力をモニタし始め、トナー濃度センサ４０の出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１が所定の変動量である出力値変動量閾値Ｂ以下になってから、通常のトナー補給動作を開始している。これにより、現像装置の駆動によってトナー濃度センサの出力が安定した後に、トナー補給動作を実施することが可能となる。このため、トナー濃度センサの誤検知による過剰なトナー補給を防ぐことができるので、過剰なトナー補給による異常画像やトナー飛散を抑制することができる。

また、特許文献１の画像形成装置では、トナー補給手段によるトナー補給動作の実行中におけるトナー濃度センサの挙動によって、異常なトナー補給動作が実行されていないか判断している。このため、異常なトナー補給動作が実行されていないか判断するためには、トナー補給動作を実効する必要がある。したがって、この画像形成装置において、例えば、一日数枚程度のみを出力するような環境である場合、次のような不具合が生じるおそれがある。すなわち、一日の出力枚数が少ないためにトナーの消費が少なく、トナー補給動作が長期間実行されないので、補正処理が長期間実行されない。これにより、初期に補給されたトナーが長期間の放置によって累積することでトナー濃度が上昇し、トナー濃度センサによる誤検知が生じやすくなるおそれがある。

一方、本実施形態の現像装置によれば、本制御例１を実行することで、トナー補給動作実行中の有無に係らず、現像装置が駆動中であればトナー濃度センサの誤検知を抑制することができる。このため、一日の画像出力枚数が少ない場合でも、トナー濃度センサの誤検知による過剰なトナー補給を抑制することができる。

また、本制御例１においては、トナー濃度センサの出力が安定した後に通常の画像出力動作、及び、トナー補給動作を行っているので、次のような懸念がある。すなわち、画像出力前の待ち時間の増大や、感光体、中間転写ユニット、及び、その他の装置の駆動時間が不必要に増えて消耗してしまう等の懸念がある。そのため、可能であれば、トナー濃度センサの出力が安定させるまでの間は現像装置のみ駆動させることが望ましい。
また、本制御例１では、現像装置の放置時間が所定の放置時間を越えた場合のみ、トナー濃度センサ４０の出力値の変動量が所定の変動量以下であるかのチェックを実行している。これにより、長時間の放置によって濃度検出領域内の現像剤が詰まり、透磁率が低く検出されている可能性が低い場合には、すぐに通常の作像動作を実行することができる。したがって、現像装置の駆動開始から画像出力までの不必要な待ち時間の増大を抑制することができる。

なお、上述した説明では、一定時間毎のトナー濃度センサの出力値取得を開始するタイミングを、現像装置の駆動開始と同時とした例について説明したが、これに限らない。すなわち、現像装置が駆動中であれば良く、例えば、現像装置の駆動開始から一定時間経過した後にトナー濃度センサの出力値を取得し始めてもよい。

［制御例２］
本実施形態に係る現像装置の補給動作制御手段の第二の制御例（以下、制御例２という）について説明する。
図６は、本制御例２におけるトナー濃度制御装置３００の一例を示すブロック図である。
なお、本制御例２におけるトナー濃度制御装置の構成、及び通常の作像動作におけるトナー補給動作の制御については、制御例１とほぼ同様である。このため、同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
本制御例２では、前記現像で消費したトナー量（以下、消費トナー量という）を算出するトナー量算出手段１０３を備えた点が制御例１と異なる。このトナー量算出手段１０３は、トナー濃度センサ４０とトナー補給手段１０２とが接続されている制御部２０１に接続しており、算出した消費トナー量のデータを制御部２０１に送信する。トナー量算出手段としては、例えば、画像濃度センサなどを用いて出力画像の画像面積率からトナー補給量を算出することができる。

本制御例２における過剰なトナー補給を抑制する制御の流れについて説明する。
図７は、制御例２における過剰なトナー補給を抑制する制御の流れの一例を示すフローチャートである。
本制御例２では、放置直後における現像装置を駆動開始すると、まず、前回印刷終了時からの経過時間が経過時間閾値Ａ以下であるかチェックする（Ｓ１１）。経過時間が経過時間閾値Ａよりも小さかった場合（Ｓ１１のＮｏ）は、通常の作像動作を行う。一方、経過時間が経過時間閾値Ａよりも大きかった場合（Ｓ１１のＹｅｓ）は、トナーの補給動作が必要かをチェックする（Ｓ１２）。このトナーの補給動作が必要か否かを判断する方法としては、例えば、累計印刷枚数に基づいて判断する方法や、画像情報から算出される画像面積率に基づいてトナー消費量を算出し、このトナー消費量に基づいて判断する方法などがある。

トナーの補給動作が必要ない場合（Ｓ１２のＮｏ）は、通常の作像動作を行う。トナーの補給動作が必要な場合は（Ｓ１２のＹｅｓ）は、制御例１と同様に、現像装置の駆動開始から一定時間毎にトナー濃度センサの出力値Ｘを取得する（Ｓ１３）。そして、制御例１と同様に、出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１が、所定の値である出力値変動量閾値Ｃ以下であるかチェックする（Ｓ１４）。出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１が出力値変動量閾値Ｃ以上である場合（Ｓ１４のＮｏ）、本制御例２においては、トナー量算出手段１０３によって算出される消費トナー量のみをトナー補給装置によって補給する（Ｓ１５）。そして、このトナーが補給された状態でトナーの補給動作が必要かをチェックする（Ｓ１２）。トナーの補給動作が必要無い場合（Ｓ１２のＮｏ）は、通常の作像動作を実行する。トナーの補給動作が必要な場合（Ｓ１２のＹｅｓ）は、一定時間毎にトナー濃度センサの出力値Ｘを取得し（Ｓ１３）、出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１が所定の値である出力値変動量閾値Ｃ以下であるかチェックする（Ｓ１４）。出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１が所定の値である出力値変動量閾値Ｃ以上である場合（Ｓ１４のＮｏ）は、Ｓ１５以降のフローを繰り返す。

一方、出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１が出力値変動量閾値Ｃ以下である場合（Ｓ１４のＹｅｓ）は、通常制御の補給量を補給し（Ｓ１６）、通常の作像動作を実行する。このとき補給する通常制御のトナー補給量としては、例えば、画像面積や、トナー濃度センサ出力とトナー濃度センサの目標値との乖離量（変動量）から計算されるトナー量などに基づいて設定することができる。

また、本制御例２においては、トナー濃度センサの出力値出力値変動量閾値Ｃを次のように設定している。すなわち、Ｓ１５のフローを実行した後のトナー濃度センサの出力値は、Ｓ１５のフローでトナー量算出手段１０３によって算出された消費トナー量が現像装置内の現像剤に補給されているので、Ｓ１５のフローが実行される前に取得していた出力値と比べて変動している。このため、トナー濃度センサの出力値がＳ１５のフローを実行することで変動することを加味し、トナー濃度センサの出力値出力値変動量閾値Ｃを、制御例１における出力値変動量閾値Ｂよりも大きな値に設定している。

このように、本制御例２においては、トナー濃度センサ４０の出力値の変動量が所定の変動量以下になるまでは、トナー量算出手段によって計算されるトナー量のみを補給している。すなわち、現像装置の駆動によってトナー濃度センサの出力が安定するまでは、トナー濃度センサを用いずにトナー補給をしている。これにより、現像装置の放置や温度環境変化等によって現像剤嵩や嵩密度が変動することで生じるトナー濃度センサの誤検知を低減させながら、トナー濃度センサの誤検知に基づくトナー補給を回避したトナー補給をすることが可能となる。このため、トナー濃度センサの誤検知による過剰なトナー補給を防ぐことができるので、過剰なトナー補給による異常画像やトナー飛散を抑制することができる。

また、本制御例２では、トナー濃度センサの出力が安定するまでの間にもトナー補給を実施しているため、制御例１のようにトナー濃度センサの出力が安定した後に通常の画像出力動作、及び、トナー補給動作を行う場合と比べて不要な待ち時間が生じない。

また、現像ユニットのトナー濃度センサ出力が安定するまで通常作像動作時よりも高回転で現像装置を駆動させることで、画像出力前の待ち時間を減少させることができる。このように、現像ユニットの駆動回転数を上昇させた場合、放置によって低下した現像剤帯電量も短い時間で上昇させることができるので、結果としてトナー濃度センサ出力の安定までに必要な時間も短縮することができる。

なお、本制御例２においては、トナー補給動作が必要であると判断された後にトナー濃度センサの出力値を取得する例について説明したが、例えば、現像装置の駆動開始時から一定時間毎にトナー濃度センサの出力値を取得し続けてもよい。
また、本実施形態では、トナー濃度センサ４０として透磁率センサを用いた例について説明したが、本実施形態の現像装置に用いることができるトナー濃度センサとしてはこれに限らない。例えば、現像装置２０に収容されている現像剤の一部について現像剤嵩や現像剤嵩密度に基づいてトナー濃度を検知するセンサであればよく、具体的には、例えば、現像剤搬送部材の受けるスラスト負荷や圧力、あるいは現像剤の表面位置が移動する特性変化を検知するトナー濃度センサを用いてもよい。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
現像剤を表面上に担持して表面移動し、感光体１３等の潜像担持体と対向する現像領域α等の現像領域で該潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像ローラ２２等の現像剤担持体と、前記現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ４０等のトナー濃度センサと、前記現像剤にトナーを補給するトナー補給手段１０２等のトナー補給手段と、前記トナー濃度センサの出力値に基づいて前記トナー補給手段によるトナー補給動作を制御する制御部１０１等の補給動作制御手段とを備えた現像装置２０等の現像装置において、前記現像装置の駆動開始時に前記トナー濃度センサによって所定の間隔で出力値Ｘ_ｎ等のトナー濃度値を検出し、出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１等の該検出値と、前記所定の間隔で検出した前回の検出値との増減分を求め、該増減分が出力値変動量閾値Ｂ等の所定の閾値以下となった場合に前記トナー補給手段によるトナー補給動作を開始することを特徴とする。

本態様においては、上述の制御例１について説明したように、現像装置２０の駆動開始と共にトナー濃度センサ４０の出力をモニタし始め、トナー濃度センサ４０の出力値の変動量が所定の変動量以下になってから、通常のトナー補給動作を開始している。これにより、現像装置の駆動によってトナー濃度センサの出力が安定した後に、トナー補給動作を実施することが可能となる。このため、トナー濃度センサの誤検知による過剰なトナー補給を防ぐことができるので、過剰なトナー補給による異常画像やトナー飛散を抑制することができる。

（態様Ｂ）
現像剤を表面上に担持して表面移動し、感光体１３等の潜像担持体と対向する現像領域α等の現像領域で該潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像ローラ２２等の現像剤担持体と、前記現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ４０等のトナー濃度センサと、前記現像剤にトナーを補給するトナー補給手段１０２等のトナー補給手段と、前記トナー濃度センサの出力値に基づいて前記トナー補給手段によるトナー補給動作を制御する制御部２０１等の補給動作制御手段とを備えた現像装置２０等の現像装置において、前記現像で消費したトナー量を算出するトナー量算出手段１０３等のトナー量算出手段を備え、前記現像装置の駆動開始中に前記トナー濃度センサによって所定の間隔で出力値Ｘ_ｎ等のトナー濃度値を検出し、出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１等の該検出値と、前記所定の間隔で検出した前回の検出値との増減分を求め、該増減分が出力値変動量閾値Ｃ等の所定の閾値以下となるまで、前記トナー量算出手段によって算出されるトナー量のみを補給するよう制御することを特徴とする。

本態様においては、上述の制御例２について説明したように、トナー濃度センサ４０の出力値の変動量が所定の変動量以下になるまでは、トナー量算出手段によって計算されるトナー量のみを補給している。すなわち、現像装置の駆動によってトナー濃度センサの出力が安定するまでは、トナー濃度センサを用いずにトナー補給をしている。これにより、現像装置の放置や温度環境変化等によって現像剤嵩や嵩密度が変動することで生じるトナー濃度センサの誤検知を低減させながら、トナー濃度センサの誤検知に基づくトナー補給を回避したトナー補給をすることが可能となる。このため、トナー濃度センサの誤検知による過剰なトナー補給を防ぐことができるので、過剰なトナー補給による異常画像やトナー飛散を抑制することができる。

（態様Ｃ）
態様Ｂの現像装置において、トナー量算出手段１０３等の前記潜像担持体上に形成された画像面積率に基づいて前記現像で消費したトナー量を算出する。

（態様Ｄ）
態様Ａ〜Ｃいずれか一の現像装置において、トナー補給手段１０２等のトナー補給手段は、前記トナー濃度センサの出力値と、該トナー濃度センサの目標出力値との差分を算出した値に基づいて前記現像剤にトナーを補給する。

（態様Ｅ）
態様Ａ〜Ｄいずれか一の現像装置において、現像ローラ２２等の前記現像剤担持体の表面に現像剤を供給しながら該現像剤担持体の表面移動方向に対し直交する軸線方向に現像剤を搬送する供給搬送スクリュ２７等の第１搬送手段、該第１搬送手段の下方に位置し、該第１搬送手段の搬送方向とは逆方向に現像剤を搬送する循環搬送スクリュ２８等の第２搬送手段、内部に前記第２搬送手段を備える供給搬送路３０等の第１搬送路、及び、内部に前記第２搬送手段を備える循環搬送路３１等の第２搬送路を備え、前記第１搬送路と第２搬送路とが装置本体の長手方向端部において持ち上げ口３３等の開口部によって連通され、トナー濃度センサ４０等の前記トナー濃度センサが前記開口部の下方に位置することを特徴とする。

本態様においては、上述の実施形態について説明したように、トナー濃度センサ４０を循環搬送路３１と供給搬送路３０との連通口近傍に設置している。これにより、循環搬送スクリュ２８を有する循環搬送路３１側から供給搬送スクリュ２７を有する供給搬送路３０側に現像剤を持ち上げる必要があるので、循環搬送路３１と供給搬送路３０との連通口近傍は常に剤が充填されている状態になっている。このため、線速毎のトナー濃度センサの出力変動や、スクリュ羽根によるトナー濃度センサの出力変動を極力抑え、トナー濃度センサの出力変動を生じにくくすることができる。

また、現像容器２１内の現像剤において、トナー補給口近傍の現像剤は、補給されたトナーによって局所的にトナー濃度が高い状態になっているので、トナー濃度が不均等であるために検知結果にばらつきが生じやすい。
本態様においては、上述の実施形態について説明したように、トナー濃度センサ４０を持ち上げ口３３の下方に設置しているので、補給トナーが循環搬送路３１内で現像剤と十分混合攪拌されてセンサ検知位置に到達する。したがって、現像剤のトナー濃度を均一にすることができ、トナー濃度検知センサの検知結果にばらつきを生じにくくすることができる。

（態様Ｆ）
態様Ａ〜Ｅいずれか一の現像装置において、前回現像動作終了時からの経過時間が経過時間閾値Ａ等の所定の閾値を越えた場合に、前記現像装置の駆動開始時に前記トナー濃度センサによって所定の間隔でトナー濃度値を検出し、出力値変動量Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１等の該トナー濃度値と、該トナー濃度値の前回に検出したトナー濃度値との出力増減分が出力値変動量閾値Ｂ等の閾値以下となった場合にトナー補給手段１０２等の前記トナー補給手段によるトナー補給動作を開始するよう制御することを特徴とする。

本態様においては、上述の制御例１について説明したように、現像装置の放置時間が所定の放置時間を越えた場合のみ、トナー濃度センサ４０の出力値の変動量が所定の変動量以下であるかのチェックを実行している。これにより、長時間の放置によって濃度検出領域内の現像剤が詰まり、透磁率が低く検出されている可能性が低い場合には、すぐに通常の作像動作を実行することができる。したがって、現像装置の駆動開始から画像出力までの不必要な待ち時間の増大を抑制することができる。

（態様Ｇ）
潜像を担持する潜像担持体と、潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像手段とを備えた画像形成装置であって、前記現像手段として、態様Ａ〜Ｆいずれか一の現像装置を用いることを特徴とする。
これによれば、上記実施形態について説明したように、トナー濃度センサの誤検知による過剰なトナー補給を抑制することができるので、過剰なトナー補給による異常画像やトナー飛散を抑制することができる。

１１ 作像部
１２ 中間転写ベルト
１３ 感光体
１６ レジストローラ
１７ 中間転写ベルト
１８ 定着装置
２０ 現像装置
２１ 現像容器
２２ 現像ローラ
２３ 現像剤規制部材
２５ 帯電ローラ
２６ 露光装置
２７ 供給搬送スクリュ
２８ 循環搬送スクリュ
３０ 供給搬送路
３１ 循環搬送路
３３ 持ち上げ口
４０ トナー濃度センサ
１００ プリンタ
１０１ 制御例１に係る制御部
１０２ トナー補給手段
１０３ トナー量算出手段
２０１ 制御例２に係る制御部
２００ 制御例１に係るトナー濃度制御装置
３００ 制御例２に係るトナー濃度制御装置
Ａ 経過時間閾値
Ｂ 制御例１に係る出力値変動量閾値
Ｃ 制御例２に係る出力値変動量閾値
Ｐ 記録紙
Ｘ 出力値
Ｘ_ｎ−Ｘ_ｎ−１ 出力値変動量
α 現像領域

特許第４５４０９６６号

Claims (7)

1. 現像剤を表面上に担持して表面移動し、潜像担持体と対向する現像領域で該潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像剤担持体と、前記現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、前記現像剤にトナーを補給するトナー補給手段と、前記トナー濃度センサの出力値に基づいて前記トナー補給手段による補給動作を制御する補給動作制御手段とを備えた現像装置において、前記現像装置の駆動開始中に前記トナー濃度センサによって所定の間隔でトナー濃度値を検出し、該検出値と、前記所定の間隔で検出した前回の検出値との増減分を求め、該増減分が所定の閾値以下となった場合に前記トナー補給手段によるトナーの補給動作を開始するよう制御することを特徴とする現像装置。
2. 現像剤を表面上に担持して表面移動し、潜像担持体と対向する現像領域で該潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像剤担持体と、前記現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、前記現像剤にトナーを補給するトナー補給手段と、前記トナー濃度センサの出力値に基づいて前記トナー補給手段によるトナー補給動作を制御する補給動作制御手段とを備えた現像装置において、前記現像で消費したトナー量を算出するトナー量算出手段を備え、前記現像装置の駆動開始中に前記トナー濃度センサによって所定の間隔でトナー濃度値を検出し、該検出値と、前記所定の間隔で検出するとした前回の検出値との増減分を求め、該増減分が所定の閾値以下となるまで、前記トナー量算出手段によって算出されるトナー量のみを補給するよう制御することを特徴とする現像装置。
3. 請求項２の現像装置において、前記トナー量算出手段が、前記潜像担持体上に形成された画像面積率に基づいて前記現像で消費したトナー量を算出することを特徴とする現像装置。
4. 請求項１乃至３いずれか一に記載の現像装置において、前記トナー補給手段は、前記トナー濃度センサの出力値と、該トナー濃度センサの目標出力値との差分を算出した値に基づいて前記現像剤にトナーを補給することを特徴とする現像装置。
5. 請求項１乃至４いずれか一に記載の現像装置において、前記現像剤担持体の表面に現像剤を供給しながら該現像剤担持体の表面移動方向に対し直交する軸線方向に現像剤を搬送する第１搬送手段、該第１搬送手段の下方に位置し、該第１搬送手段の搬送方向とは逆方向に現像剤を搬送する第２搬送手段、内部に前記第２搬送手段を備える第１搬送路、及び、内部に前記第２搬送手段を備える第２搬送路を備え、前記第１搬送路と第２搬送路とが装置本体の長手方向端部において開口部によって連通され、前記トナー濃度センサが前記開口部の下方に位置することを特徴とする現像装置。
6. 請求項１乃至５いずれか一に記載の現像装置において、前回現像動作終了時からの経過時間が所定の閾値を越えた場合に、前記現像装置の駆動開始時に前記トナー濃度センサによって所定の間隔でトナー濃度値を検出し、該トナー濃度値と、該トナー濃度値の前回に検出したトナー濃度値との出力増減分が閾値以下となった場合に前記トナー補給手段によるトナー補給動作を開始するよう制御することを特徴とする現像装置。
7. 潜像を担持する潜像担持体と、潜像担持体上の潜像を現像剤で現像する現像手段とを備えた画像形成装置であって、前記現像手段として、請求項１乃至６いずれか一に記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

Images